剑桥大学：新的太阳能电池可以增加太阳能电池板的最大效率达25％以上

五环素吸收可见光光子，形成单线态激子，经过快速激子裂变，产生配对三线态，这些三线态激子可以电离。
新的太阳能电池可以增加太阳能电池板的最大效率，增幅达25％以上，这是根据英国剑桥大学（University of Cambridge）的科学家所说。

这些科学家来自剑桥大学物理系卡文迪什实验室（Cavendish Laboratory），他们开发出一种新型太阳能电池，利用太阳能量远比传统设计更有效。这项研究发表在今天的杂志《纳米快报》（Nano Letters）上，可以大大提高太阳能电池板产生的可用能量。

太阳能电池板运行时，吸收的能量来自光粒子，称为光子，光子随后生成电子，产生电力。传统的太阳能电池只能捕捉一部分太阳光，而且已吸入光子的很多能量，尤其是蓝色光子的能量，都会散失为热量。这就不能吸收全部能量，所有不同颜色的光就不能一次吸收，这意味着，传统的太阳能电池不能把34％以上的可用阳光转换成电力。

剑桥大学研究小组的领导是尼尔•格林汉姆（Neil Greenham）教授和理查德•弗兰德（Richard Friend）教授，他们开发出一种混合电池，可吸收红光，也可以利用额外的蓝光能量，以增大电流。通常情况下，太阳能电池每产生一个单电子，都需要捕获一个光子。然而，只要添加上并五苯（pentacene）这种有机半导体材料，太阳能电池产生两个电子，就只需要一个光子，这种光子来自蓝色光谱。这可以使电池捕获44％的入射太阳能量。

布鲁诺•埃尔勒（Bruno Ehrler）是论文的第一作者，他说：“有机和混合型太阳能电池具有优越性，胜过现有的硅基技术，因为它们的生产可以大批量低成本进行，这是因为采用卷对卷印刷。然而，太阳能电站的很大成本是土地，劳动力和安装硬件。因此，即使有机太阳能电池板比较便宜，我们也需要提高效率，使它们具有竞争力。否则，就会像是买了一幅便宜的油画，才发现你需要一个昂贵的画框。”

马克•威尔逊（Mark Wilson）是论文的另一个作者，他说：“我认为，非常重要的是我们要走向可持续发展的能源，而令人兴奋的是可以协助探索可能的解决方案。”

阿克沙伊•拉奥（Akshay Rao）博士是论文的联合作者，他指出：“这仅仅是第一步，要迈向新一代太阳能电池，我们感到非常兴奋是可以参与这项工作。”

更多信息：论文《单线态激子裂变敏化红外量子点太阳能电池》（Singlet Exciton Fission-Sensitized Infrared Quantum Dot Solar Cells）刊登在2012年2月8日一期的《纳米快报》上。

文章中说：“我们演示了一种有机/无机混合的光伏设备架构，采用单线态激子裂变（singlet exciton fission），每吸收一个高能光子，可以收集到两个电子，同时，也可以利用低能量的光子。这种太阳能电池，红外光子吸收使用硫化铅（PbS： lead sulfide）纳米晶体。可见光光子的吸收采用五环素，以创造单线态激子，经过快速激子裂变，产生配对三重线态（triplets）。最重要的是，我们确定，这些三重线态激子可以电离，这要采用有机/无机异质结面（heterointerface）。我们报道的内部量子效率超过50％，而功率转换效率接近1％。这些结果表明，有一种替代方法，可以规避肖克利-奎伊瑟极限（Shockley-Queisser limit），就是单结太阳能电池（single-junction solar cells）功率转换效率的极限。”

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